第一章1农田土壤水分状况
农田水分状况
农田水分状况系指农田地面水、土壤水和地下水的多少及其在时间上的变化。
一切农田水利措施，归根结底都是为了调节和控制农田水分状况，以改善土壤中的气、热和养分状况，并给农田小气候以有利的影响，达到促进农业增产的目的。
因此，研究农田水分状况对于农田水利的规划、设计及管理工作都有十分重要的意义。
第一节农田水分状况一、农田水分存在的形式农田水分存在三种基本形式，即地面水、土壤水和地下水，而土壤水是与作物生长关系最密切的水分存在形式。
土壤水按其形态不同可分为汽态水、吸着水、毛管水和重力水等。
（1）汽态水系存在于土壤空隙中的水汽，有利于微生物的活动，故对植物根系有利。
由于数量很少，在计算时常略而不计。
（2）吸着水包括吸湿水和薄膜水两种形式：吸湿水被紧束于土粒表面，不能在重力和毛管力的作用下自由移动；吸湿水达到最大时的土壤含水率称为吸湿系数。
薄膜水吸附于吸湿水外部，只能沿土粒表面进行速度极小的移动；薄膜水达到最大时的土壤含水率，称为土壤的最大分子持水率。
（3）毛管水毛管水是在毛管作用下土壤中所能保持的那部分水分，亦即在重力作用下不易排除的水分中超出吸着水的部分。
分为上升毛管水及悬着毛管水，上升毛管水系指地下水沿土壤毛细管上升的水分。
悬着毛管水系指不受地下水补给时，上层土壤由于毛细管作用所能保持的地面渗入的水分（来自降雨或灌水）。
（4）重力水土壤中超出毛管含水率的水分在重力作用下很容易排出，这种水称为重力水。
在这几种土壤水分形式之间并无严格的分界线，其所占比重视土壤质地、结构、有机质含量和温度等而异。
可以假想在地下水面以上有一个很高(无限长)的土柱，如果地下水位长期保持稳定，地表也不发生蒸发入渗，则经过很长的时间以后，地下水面以上将会形成一个稳定的土壤水分分布曲线。
这个曲线反映了土壤负压和土壤含水率的关系，亦即是土壤水分特征曲线（见图1-1），这一曲线可通过一定试验设备确定。
在土壤吸水和脱水过程中取得的水分特征曲线是不同的，这种现象常称为滞后现象。
农田水分状况
农田水分状况农田水分对于农作物的生长和发展至关重要。
适当的水分状况能够保证农作物的正常生长，高产和优质，而不恰当的水分管理则会导致产量下降和作物质量下降。
本文将介绍农田水分状况的重要性，农田水分的评估方法以及如何进行水分管理。
一、农田水分状况的重要性农田水分是农作物生长中最基本的条件之一。
水分对于作物的光合作用、营养吸收、植物体温调节等生理活动都具有重要影响。
适量的水分可保持农田土壤湿润，为植物提供所需的水分供应。
而不足的水分将导致植物缺水，限制其生长和发育。
二、农田水分的评估方法1.土壤含水量测定法土壤含水量是评价农田水分状况的重要指标之一。
常用的测定方法包括重量法、容积法和电阻法。
重量法是通过称量土壤样品的干重和湿重来计算土壤含水量。
容积法是测量土壤样品的容积以及样品在饱和状态和干燥状态下的容积来计算含水量。
电阻法主要是利用土壤导电率的变化来测定土壤含水量。
2.土壤水势测定法土壤水势是表示土壤水分状况的另一种指标。
常见的测定方法包括压力室法和湿度计法。
压力室法是通过测定土壤样品在不同压力下的含水率来评估土壤水势。
湿度计法则是利用湿度计测定土壤和空气之间的水势差异，进而推算土壤水势。
三、水分管理方法1.合理灌溉合理灌溉是保证农田水分状况的基本手段。
根据不同农作物的需水量、生育期等不同因素，采取适当的灌溉量和灌溉方式，保证水分能够充分满足农作物的需求。
2.土壤覆盖措施土壤覆盖是一种有效的保持土壤湿润的措施。
通过保持农田土壤表面的覆盖物，如秸秆、草坪等，可以减少土壤水分的蒸散和蒸发损失，提高土壤水分利用效率。
3.积极排水排水是调节农田水分状况的重要手段之一。
在高湿度地区或土壤排水不良的地方，采取排水措施能够有效减少土壤含水量过高对作物生长的影响，提高土壤透气性。
四、总结农田水分状况对于农作物生长和发展至关重要。
通过合理评估土壤水分状况，采取适当的水分管理措施，能够保证农田水分的恰当供应，提高农作物的产量和质量。
灌溉排水工程学第三版课后答案
灌溉排水工程学第三版课后答案一、名词解释(共5小题，每小题2分，共10分)1.农田水分状况:农田土壤水、地面水、地下水的状况及其相关的养分、通气、热状况2.参考作物需水量:土壤水分充足、地面完全覆盖、生长正常、高矮整齐的开阔(地块的长度和宽度大于200m)矮草地(8- 15cm).上的蒸发量3.多年均衡法:是指将地下水含水层作为-一个多年调节的地下水库，根据水量平衡原理按照与地面水库相似的方法进行多年调节计算,从而确定地下水库的库容和最低静水位的一种方法。
4. SPAC系统:将土壤、植物、大气作为一个连续体，水分通过土壤、植物到大气的传输过程用势能理论来描述。
5.灌溉用水管理:灌溉水量、流量的调配与控制及灌溉时间的安排等。
二、是非题(共10小题，每小题2分，共20分)1. X2. V3. N4. V5. X6. X7. X8. V9. X10. X三、填空题(共5小题，每小题2分，共10分)1.田间持水率、凋萎系数2.孔隙水、裂隙水、溶洞水3.平均排除法、地区经验公式法4.喷灌强度、喷灌均匀度、水滴打击强度5.续灌、轮灌四、简答题(共5小题，每小题8分，共40分)1.答案要点:影响因素:气象因素:日照、风速、气温、湿度、气压等作物:作物种类、种植密度、生育阶段土壤:土壤类别、土壤湿度等农业耕作措施等作物需水量推求方法:经验公式法:水面蒸发为参数、气温为参数、产量为参数水汽扩散理论为基础的半经验公式法:空气湿度法、温度风速法、温度8照法参照作物需水量法:彭曼公式2.答案要点:旱作物对农田水分的要求:1)地面--般不允许有积水2)地下水一-般不允许上升至根系层内3)根系层允许最大含水率不超过田间持水率，最小含水率不小于凋萎系数4)盐碱土地区，土壤水溶液浓度不能超过允许最高值水稻对农田水分的要求:1)田面可以有适宜的淹灌水层2)地下水位要维持适宜的深度3)要维持适宜的渗漏强度3.答案要点:取水方式:无坝取水、有坝取水、抽水取水、水库取水。
《灌溉排水工程学》教学用课件-第一章
it i1t
由于
lg i1 lg i2 tg lg t1 lg t 2
即α为拟合直线与横轴的夹角的正切值 拟和直线与纵轴的截距即为lg i1 则累积入渗量I与入渗时间t的关系
式中i 0为第一单位时间内土壤渗吸的平均速度。 用式（1—10） I t
2) 菲利普入渗公式
式中：S为渗吸系数， i f 为稳定入渗速度[ i f =i (∞)]
3、蒸发条件下土壤水分运动 （1）无地下水位补给条件下的土壤水分蒸发 当地下水位较深时，上层土壤的含水率可以看作不受地 下水补给的影响。蒸发过程可以分为三个阶段：
第一阶段： 稳定蒸发阶段：指灌水、降雨入渗刚结束，土壤含水量 高，向上输送水分的能力强，此时土壤水分的蒸发强度 ε主要取决于大气的蒸发力，其接近于水面蒸发强度， 与土壤含水率无关，当土壤含水率降至某一临界值θk， 时，稳定蒸发阶段结束，该阶段又称为大气蒸发力控制 阶段。 ε≈E
S：根系土层中易溶于水的盐分含量（占干土%）； C：允许的盐类溶液浓度（占水重%） ； θmin：为按盐类溶液浓度要求所规定的最小含水率 结论：旱作物根系吸水层含水率 最大：田间持水率 最小：作物适宜的土壤含水率下限
2、水稻地区的农田水分状况要求
水稻喜湿好水
田间经常需要水层
生理上要求土壤水分达到饱和（除萌芽和成熟期） 水稻的灌溉以保证田间有适宜的浅水层。 为水分、养分的供应提供良好条件 适宜的 浅水层
dt时间内，流入和流出单元体的土壤水分质量差总计为 dt时间内单元体内土壤水分质量的变化量为 由质量守恒定律知两者在数值上相等，即：
将（1—2）式代入（1—4），得：
即为非饱和土壤水运动的基本方程式。
D(θ)称为扩散度，表示单位含水率梯度下通过单位面积 的土壤水流量。
农田水分状况和土壤水分运动
2、压力势（ψp） 、压力势（ψ
毛管上升水的高度与孔隙的半径成反比。 但当孔隙过细时，管壁对水份运动的阻 力增加，因而上升高度反而变小。
4、重力水
当土壤水份超过田间持水量时，多余的水份不 能为毛管所保持而在重力作用下沿着大孔隙向 下渗漏，这部分水就称为重力水。 重力水对作物是有效的，但由于它渗漏很快， 不能被保持，所以对旱作而言是无效的。 当重力水达到饱和，即土壤孔隙全部充满水份 时，土壤的含水量就称为饱和持水量。
4、重力势（ψg） 、重力势（ψ
土壤水由于其所处的位置不同，因重力 影响而产生的势能也不同，有此而产生 的水势称为重力势。 重力势可正可负，它是与参照面相对而 言的。参照面以上的土壤水重力势为正 值，参照面以下的为负值。 通常选择剖面内部或底面边界。
土水势代表土壤水分总的能量水平。土 水势的绝对值越小，土壤水分的能量水 平就越高。 土壤水总是从土水势高（即绝对值）低 处移动。 如果只考虑土壤水分运动，而不考虑植 物对水的吸收，溶质势可以忽略。其余 三个分势和称为水力势： ψh = ψm+ ψp+ ψg
（1）水深（Dw） 指在一定厚度（h）和一定面积土壤中所 含水量相当于同面积水层的厚度。 Dw= θv.h 单位可以用cm或mm，
（2）绝对水体积（容量）
指一定面积一定厚度土壤所含水量的体 积，量纲为L3。 V方/公顷，
V方/亩
二、土壤水的能态
农田水利学
绪论1.《农田水利学》是一门研究利用灌溉排水工程措施来调节农田水分状况及改变和调节地区水情，以消除水旱灾害，合理而科学地利用水资源，为农业生产服务的科学。
2.农田水利学研究对象：①调节农田水分状况【灌溉措施和排水措施】②改变和调节地区水情。
【蓄水保水措施和调水排水措施】第一章：农田水分状况和土壤水分运动1.农田水分三种基本形式：地面水，土壤水【吸着水，毛灌水和重力水】和地下水。
2.凋萎系数：作物产生永久凋萎时的土壤含水量，其数量包括全部的吸湿水和部分薄膜水。
3.田间持水量：土壤中悬着毛管水达到最大时的土壤含水量。
4.田间持水率：常将灌水两天后土壤所能保持的含水率。
5.旱作物对农田水分状况的要求：大气干旱；土壤干旱；作物生理干旱。
6.农田水分过多的原因：①大气降水补给农田水分过多；②洪水泛滥、湖泊漫溢、海潮侵袭或坡地地面径流汇集等使低洼地积水成灾；③地下水位过高，上升毛管水不断向上补给；或因地下水从坡地溢出，大量补给农田水分；④地势低洼，出流条件不好。
7.农田水分不足的原因：降雨量不足；降雨入渗量少，径流损失较多；土壤保水能力差，渗漏及蒸发损失水量过大。
8.SPAC系统：土壤、作物、大气构成的水循环系统。
第二章：作物需水量和灌溉用水量1.农田水分消耗的途径：植株蒸腾；棵间蒸发；深层渗漏或田间渗漏；地表径流；组成植株体的一部分。
2.作物需水量：生长在大面积上的无病虫害作物，土壤水分和肥力适宜时，在给定的生长环境中能取得高产潜力的条件下为满足植株蒸腾、棵间蒸发、组成植株体所需要的水量。
【作物需水量就等于植株蒸腾量和棵间蒸发量之和，即所谓的“蒸发蒸腾量”】3.作物耗水量，简称耗水量：就某一地区而言，指具体条件下作物获得一定产量时实际所消耗的水量。
4.作物需水临界期：作物在不同生育时期对缺水的敏感程度不同，在作物整个生育期中通常把对缺水最敏感、缺水对产量影响最大的时期。
5.水面蒸发量法（蒸发皿法或α值法），一般水稻用α值法比旱作物用此法好。
农田土壤墑情类型的划分状况
农田土壤墑情类型的划分状况
发布者：李向春发布时间：2013-12-06 14:08:32
1、汪水（黑墑以上），表土汪水，手握湿土有水下滴，土壤含水量（23%以上）达田间持水量或更多。
这种情况是水分过多，氧气不足，不宜整地播种，应排水散墒。
2、黑墒（饱墒），土色深暗，手握成团，扔在地上不宜散开（沙土除外），这种墒情水分充足，补给容易，但春播时可能土壤温度偏低，它是适宜播种的墒情上限。
这种情况可稍散墒，适时播种，夏季作物需水多时正适合。
土壤含水量20%～23%。
3、黄墒土色发黄，手握成团，落地易碎。
此时宜于耕作和播种，但因水分已少，补给较困难，春季要加强保墒措施，抢墒播种。
夏季中午前后作物可能暂时打蔫。
土壤含水量12%～20%。
4、潮干土（灰墒）土色灰黄，握不成团，手捏无湿印，微有湿暖的感觉。
这种墒情水分不足，除高粱、谷子等耐旱作物可勉强抢墒播种外，一般作物不易保苗，应浇水补墒再种。
土壤含水量8%～12%。
5、干土面。
含水很少，种子不能出苗，必须先浇水后播种。
土壤含水量8%以下。
灌溉排水工程学习题集
灌溉排⽔⼯程学习题集灌溉排⽔⼯程学习题集编辑：迟道才夏桂敏张旭东孙仕军王丽学绪论思考题1.试述灌溉排⽔⼯程的基本任务。
2.试述我国⽔资源的特点。
3.试述我国灌溉排⽔分区特点。
4.排⽔⼯程学的主要研究内容有那些？5. 什么叫农⽥⽔分状况和地区⽔情？第⼀章农⽥⽔分状况与⼟壤⽔分运动思考题1.⼟壤是由哪⼏部分物质组成的？2. 农业⼟壤的剖⾯⼀般有哪⼏层？各层性质有何不同？3. 什么是⽔分常数？常⽤的⽔分常数有哪⼏种？并分别说明其含义。
4. 什么叫⼟壤的有效⽔？各类质地的⼟壤有效⽔范围是什么？5. 如何确定⼟壤有效⽔的最⼤贮量？⽣产实践中灌⽔时，为什么不能以凋萎系数作灌⽔下限？6. 分别说明⼟⽔势及各分势的基本概念。
7. 什么是⼟壤⽔分特征曲线？在实践中如何应⽤？如何测定？8. 作物体内⽔分存在的状态有哪两种、有何区别？它们在作物⽣理活动中起何作⽤？9. 什么是渗透作⽤？10. 作物吸收和运输⽔分的动⼒是什么？影响根系吸⽔的因素有哪些？11. 作物是通过什么途径进⾏蒸腾的？⽓孔的开闭与⽔分状况的关系？12. ⽔分不⾜和⽔分过多时对作物产⽣什么危害？13. 根区⼟壤⽔分平衡⽅程有什么作⽤？计算题1.某农⽥1m深以内⼟壤质地为壤⼟，其孔隙率为47%，悬着⽑管⽔的最⼤含⽔率为30%，凋萎系数为9.5%（以上各值皆按占整个⼟壤体积的百分数计），⼟壤容重为1.403，地下⽔⾯在地⾯以下7m处，⼟壤计划湿润层厚度定为0.8m。
要求：计算⼟壤计划湿润层中有效含⽔量的上、下限，并分别⽤m3/亩，m3和⽔深三种单位表⽰有效含⽔量的计算结果。
2.某⼟壤经试验测定，第⼀分钟末的⼊渗速率i1=6，α=0.4。
要求：运⽤⼟壤⼊渗经验公式计算30内的⼊渗⽔量及平均⼊渗速率，以及第30分钟末的瞬时⼊渗速率。
3. ⼟壤蒸发计算某质⼟壤1m⼟层内初始含⽔率θ0=19%（体积，下同），⼩于临界含⽔率θc，蒸发处于强度递减阶段。
测得风⼲含⽔率θ6%，饱和含⽔率θ48.9%。
第一章1-农田土壤水分状况
二、农田水分状况
（二）水稻地区适宜的农田水分状况 n 传统采用淹灌法. 缺水地区应推广控制灌溉等节水
灌溉技术。 n 除晒田期，地面维持适宜的水层深度或湿润度； n 地下水位不宜过高, 应保证一定的深层渗漏.
二、农田水分状况
（三）农田水分状况的调节 1．农田水分过多的原因及措施 • 原因: 降水量大; 洪水泛滥; 地下水位过高等. • 形成的灾害：洪灾；涝灾；渍害 • 措施：
入渗条件下的土壤水分运动
2、方程
zD zK z t
3、初始条件、边界条件
4、菲利普求得：
入渗速度：
i
S 2
1
t2
i（f 单位：mm/h）
入渗总量：
1
I St2 i f t
（单位：mm）
入渗条件下的土壤水分运动
i f ——稳定入渗率，相当于渗透系数
s——吸水率，与土壤含水率有关, 系。
5、土壤水分入渗规律（图）：
防洪——整治排洪河道，兴修水库，加固堤防 等。 防涝——开挖排水河道，修建排涝闸、站等。 防渍——开挖田间排水沟，防止过量灌溉等。
二、农田水分状况
（三）农田水分状况的调节 2．农田水分过少的原因及调节措施 • 原因：降雨少，土壤持水能力差等。 • 措施：
灌溉——主要措施； 疏松土层——减少土壤蒸发； 地表覆盖——阻止土壤蒸发； 化学抗旱——减少叶面蒸腾。
膜状水 1.5
吸湿水 3.1 1000
饱和含水率
过剩水 土
田间持水率
壤
有效水 有
最大分子持水率
效
难有效水 凋萎系数
持
无效水 水
吸湿系数 含水率为0 无效水
率
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第二阶段：
开始于土壤含水率减少到θ=θk 时，由于土壤含水率降 低，土壤向上输送水分的能力减弱，土壤水分的蒸发强
度取决于大气蒸发力与土壤向上输送水分能力二者的制
约关系。该阶段的土壤水蒸发强度随含水率减小而逐渐
减小，所以称为蒸发强度递减阶段。
该阶段土壤蒸发强度ε由下式计算；
ε =（aθ+b）E0
重力水：如地下水位高，停留在根系层 的重力水影响土壤的通气，这部分水称 为过剩水。
田间持水率：灌水两天后土壤所能保持的含水率，它是重力 水和毛管水、有效水分和过剩水分的分界线。
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3
二、作物生长对农田水分状况的要求
水对作物的生长的影响： （1）水是作为进行光合作用、制造有机物的原料； （2）水使作物保持正常、稳定状态； （3）水是作物营养元素、矿物质的载体； （4）水分是作物细胞原生质的重要成分； （5）水分可以调节作物体温。
将实验资料I、t按时序求出i=△I／△t，取lg i及1g t，点
绘于双对数纸上，可拟合成一条直线，如图1—5所示。
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由于（lg i1-lg i2）/ （lg t1-lg t2）=-t gθ=-α 即α为拟合直线与横轴的夹角的正切值
拟和直线与纵轴的截距即为l g i1
则累积入渗量I与入渗时间t的关系
植物（P） 应用统一的能量指标“水势”来定量研究整个系统中各个 环节能量水平的变化：
式中：
C(h)=dθ／d h表示压力水头减少一个单位时，单位体积
土壤中所能释放出来的水体积，其量纲为[ L-1 ]，称为容
水度或比水容量，它是土壤水分特征曲线上的斜率。
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农田水分状况汇总
农田水分状况系指农田地面水、土壤水和地下水的多少及其在时间上的变化。
一切农田水利措施，归根结底都是为了调节和控制农田水分状况，以改善土壤中的气、热和养分状况，并给农田小气候以有利的影响，达到促进农业增产的目的。
因此，研究农田水分状况对于农田水利的规划、设计及管理工作都有十分重要的意义。
第一节农田水分状况一、农田水分存在的形式农田水分存在三种基本形式，即地面水、土壤水和地下水，而土壤水是与作物生长关系最密切的水分存在形式。
土壤水按其形态不同可分为汽态水、吸着水、毛管水和重力水等。
（1）汽态水系存在于土壤空隙中的水汽，有利于微生物的活动，故对植物根系有利。
由于数量很少，在计算时常略而不计。
（2）吸着水包括吸湿水和薄膜水两种形式：吸湿水被紧束于土粒表面，不能在重力和毛管力的作用下自由移动；吸湿水达到最大时的土壤含水率称为吸湿系数。
薄膜水吸附于吸湿水外部，只能沿土粒表面进行速度极小的移动；薄膜水达到最大时的土壤含水率，称为土壤的最大分子持水率。
（3）毛管水毛管水是在毛管作用下土壤中所能保持的那部分水分，亦即在重力作用下不易排除的水分中超出吸着水的部分。
分为上升毛管水及悬着毛管水，上升毛管水系指地下水沿土壤毛细管上升的水分。
悬着毛管水系指不受地下水补给时，上层土壤由于毛细管作用所能保持的地面渗入的水分（来自降雨或灌水）。
（4）重力水土壤中超出毛管含水率的水分在重力作用下很容易排出，这种水称为重力水。
在这几种土壤水分形式之间并无严格的分界线，其所占比重视土壤质地、结构、有机质含量和温度等而异。
可以假想在地下水面以上有一个很高(无限长)的土柱，如果地下水位长期保持稳定，地表也不发生蒸发入渗，则经过很长的时间以后，地下水面以上将会形成一个稳定的土壤水分分布曲线。
这个曲线反映了土壤负压和土壤含水率的关系，亦即是土壤水分特征曲线（见图1-1），这一曲线可通过一定试验设备确定。
在土壤吸水和脱水过程中取得的水分特征曲线是不同的，这种现象常称为滞后现象。
农田水利实验
所以，苗期需水量=1/100×411×13=53.4 m3/亩
现蕾期需水量=1/100×411×20=82.2 m3/亩
开花结铃期需水量=1/100×411×49=201.39m3/亩
吐絮期需水量=1/100×411×18=73.98m3/亩
M1=0.667 (h0+S1+e1t1-P1) 式中：M1－水稻的泡田定额，m3/亩
h0－插秧时田面所需的水层深度，mm，取 30mm； S1－泡田期的渗漏量，mm； e1－泡田期内水田的田面平均蒸发量，mm/d； t1－泡田期的日数,d； P1－泡田期的降雨量，mm。 根据彭水县国土局提供的资料，项目区土壤为小黄泥和大土黄泥，土壤中含 沙，属中粘含沙土，取其渗漏强度为 1.4mm/d。
θ′——按重量比计的土壤含水率，即土壤中的水分重量不干土重量的比值；
γ土——土壤容重(t／m3)，已知土壤容重为 1．40 t／m3；
γ水——水的容重，在一般情冴下，纯水的容重为 l t／m3；
������
θ’max=������水 θmax= 1 ÷ 1.40 × 30% ≈21.4% 土 ������
������
第 30min 末的瞬时入渗速度 i30=i1t-a=6×30-0.4≈1.539mm/min
综上所述
I= 76.96mm
=2.565mm/min
i30= 1.539mm/min
3、某均值土壤 1m 土层内初始含水率θ0=19%（占土壤体积%，下同），小于临界含水
率θc，土壤水的蒸发处于蒸发强度递减阶段。经测定风干含水率θa=6%，饱和含水率θ
1 θ″max=������θmax=30% ÷ 47%≈63.8%
农田水力学
据测定，该地苹果树耗水高峰期平均日耗水强度为6mm／d，灌水周期可取5～7天。该地属半干旱气候区，灌溉季节多风，月平均风速为2．5m／s，且风向多变。该地冻土层深度0．6m。
基本资料
已知某喷头流量为4m3／h，射程为18m，喷灌水利用系数取0.8。
要求
（1）求该喷头作全圆喷洒时的平均喷灌强度；
（2）求该喷头作240°扇形喷洒时的平均喷灌强度；
（3）若各喷头呈矩形布置，支管间距为18m，支管上喷头间距为15m，组合平均喷灌强度又是多少？
【题3—4】喷灌均匀系数计算
基本资料
要求
运用土壤入渗（渗吸）经验公式计算30min内的入渗水量及平均入渗速度，以及第30min末的瞬时入渗速度。
第二章作物需水量和灌溉用水量
复习思考题：
１．农田水分消耗的途径主要是哪些，各自特点
２．直接主算需水量的方法
３．惯用法的计算
４．了解修正的彭曼公式
５．作物灌溉制度的内容及确定方法
６．水稻的水量平衡方程
解：因为该试验果园土壤为砂壤土，查各类土壤允许喷灌强度值表的砂壤土的
【题3—7】滴灌设计
基本资料
某蔬菜地拟建滴灌系统，已知滴头流量为4L/h，毛管间距为1m，毛管上滴头间距为0.7m，滴灌土壤湿润比为80%，土壤计划湿润层深度为0.3m，土壤有效持水率为15%（占土壤体积的%），需水高峰期日平均耗水强度为6mm/d。
（2）土壤平均孔隙率n=41.3％(占土体)。
（3）土壤田间持水率θmax=75.0％(占孔隙体积的百分比)。
灌排工程学第一章农田水分状况
（3）土壤最大分子持水率：薄膜水达到最大时的土壤含水率。
二、土壤水分特性曲线
1.概念：表示土壤基质势和含水率的关系曲线。
基质势：是土壤颗粒对水分子的吸附力和毛管现象产 生的毛管力共同形成的，饱和土壤中基质势为零。通 俗地说，是土壤对水的吸力，但对于水来说，所具有 的能量是负值。
2. 影响土壤水分特性曲线的因素
土壤质地：土壤越粘重，含水能力越强。 土壤结构：同一种土壤，孔隙率越小，饱和含水率越小， 但在高吸力时，土壤水分主要受颗粒吸附力的影响， 因而压实程度对含水率的影响很小。
1.土壤水分特性曲线图
二、土壤水分特性曲线
3. 各种土壤水分特性曲线的区别 （1） 土壤越粘，在含水率相同的情况下，吸力越大，表 明粘性土比砂性土排水不易。 （2） 土壤越粘，在相同吸力下，含水量越大，表明孔隙 较多，可持有更多水分，但有效水分不一定大。 （3） 砂土在大孔隙水分排除后。只能保留很少水分，曲 线变化大，而粘土曲线变化比较均匀。 4.滞后现象 同一种土壤，在吸水和释水时，在同一含水率情况下， 吸水比释水吸力小，这种现象叫滞后现象。
思考题
1、土壤水按其形态是如何分类的？ 2、绘图并用文字说明砂、壤、粘 三种土壤水 分特性曲线及差异。 3、当地下水位据地面较深、土壤上层干燥时， 如果有一次较大降雨，试说明降雨过程中和雨 后一段时间内土壤剖面上水分的动态变化 。
六、土壤含水量的计算
六、土壤含水量的计算
孔隙率：
n V孔 / V总
空气 Va
Vv
含水率 q ： 土壤中能容纳水的体积 和土壤总体积之比
水 Vw 骨架 Vs
V
Vs
饱和度 S： 土壤中能容纳水的体积和 土壤孔隙体积之比
农田水分状况
1农田水分状况：指农田中大气水、地表水、土壤水、地下河水的数量和时间上的动态变化2吸湿系数：吸湿水达到最大是时的土壤含水率3最大分子持水率：薄膜水达到最大值时的土壤含水率4凋萎系数：相当于吸持力为1.52*10^pa的土壤含水率5田间持水率：悬着毛灌水的最大含水率6最大毛管持水率：上升毛灌水由于有地下水位拖垫在其上升范围内的平均含水率高于悬着毛灌水的含水率7饱和含水率：土壤中超出毛管含水率的水分由于重力作用很容易排除这种排出的水叫重力水，此时的含水率叫饱和含水率8土壤水分特征曲线：反应土壤负压（吸力）和让含水率的关系即土壤水含量与能量之间的关系9体积含水率：Q土体=V水/V自然10孔隙：Q孔=V水/V孔11重量（质量）：Q=m水/m干土12干旱：由于根系吸水不足以致破坏了植物水分平衡和协调的现象13大气干旱：农田水分不妨碍植物根系的吸收但是由于大气温度过高和相对湿度过低阳光过强过遇到干热风造成植物耗水过大，都会使根系吸水速度不能满足蒸腾需要这种情况14土壤干旱：土壤水含量过低植物根系从土壤中所能吸取的水量很少无法补偿叶面蒸腾的需要形成15土水势：重力势、溶质势、基质势、压力势16农田水分的消耗：植物叶面的蒸腾、株间土壤蒸发、深层渗漏17滕发量（植物的需水量）：正常条件下植物叶面的蒸腾量和株间土壤蒸发量之和18农作物的灌溉制度：作物播种前和全生育期内的灌水次数、每次的灌水时期，灌水定额、灌溉定额19灌水定额：指一次灌水单位灌溉面积上的灌水量20灌溉定额：各次灌水定额之和21充分灌溉制度：指灌溉供水能够充分满足各生育阶段的需水量要求设计而定的灌溉制度22非充分灌溉：由于可供灌水的水源不足不能充分满足生物各个甚于阶段的需要而允许收购到一定的缺水和减产但是得是单位水量获得的经济效益最大的一种灌溉方式23作物水分生产函数：指作物生长发育过程中的产量和投入水量（作物耗水量）之间的关系24非充分灌溉确定方法：减少灌溉次数、降低灌溉定额将剩下的水量扩大灌溉面积获投入到经济效益更大的作物上25灌水率（灌水模数）：单位灌溉面积上所需的灌溉的净流量26毛灌溉用水量：指某一灌溉面积上需要水源供给的总灌水量包括了水源之田间各个渠道的渗漏27地面灌溉：使灌溉水通过渠沟输水管道输入田间，水流在田间形成两虚的水或细小水流靠重力湿润土壤的灌水方式畦灌优点：技术简单工程费用小缺点：易形成深层渗漏表面板结浪费水恶化土壤结构沟灌优点：关税后不会破坏根部附近的土壤结构，可保土壤疏松、透气，不会形成严重的表面板结减少深层渗漏减少植株间蒸发28喷灌：利用一种专门的技术使有压水喷射到空中想成细小的雨滴像雨一样湿润土壤的一种方式优点：省水增产，适应性强，生工省地，有利于实现机械化，灌水质量好缺点：一次性投资达运行维修费用高，受风影响大29微灌：优点：省水，节能，灌水均匀，增产，对土壤和地形适应性强，可结合灌水施肥打药缺点：灌水器出水口小容易堵塞30低压管道输水灌溉系统：指灌区以低耗能量的机泵和低压输水管道系统组成的田间输水管网优点：省水，省地，省能，省工，投资低运行费用少适应性强，操作便捷管理维修方便缺点：需要材料设备较多，建筑物类型比较复杂施工工期长31、畦田：技术要素：畦田长度、宽度，每米畦田引用的畦流量和放水入田时间32、喷灌强度：单位时间喷洒在单位面积上的水量或单位时间喷洒在单位面积上的水深33、点喷强度：指一定时间喷洒到某一点上的水深与时间的比34、平均喷洒强度：单位时间喷洒到单位面积上的平均水深35、喷灌均匀度：喷洒到灌溉面积上的水量均匀度36表征喷洒均匀度的方法：喷洒均匀系数Cu，水量分布图37、衡量喷灌灌水质量的的指标：喷灌均匀度，喷水强度，水滴打击强度38、喷灌系统按设备分：管道式，机组式39、管道式：水源工程，水泵及动力机，压力管道，喷头（固定式，移动式，半固定式）40喷头按工作压力及控制范围大小分为：低压喷头，中压喷头，高压喷头。
(完整版)农田水利学
第一章§1 农田水分状况农田水分：指农田中的地表水、土壤水和地下水。
地表水：地表积水。
土壤水：包气带中的水分。
地下水：饱水带中的水分（可自由流动的水体）。
与作物生长最亲密的是土壤水。
一、土壤水（一）土壤水分形态土壤水又可分为吸着水、毛管水和重力水等几种水分形态。
1．吸着水（1）吸湿水分子力、牢牢约束在土粒表面、不可以挪动、分子状态水吸湿水达到最大时的土壤含水率称为吸湿系数。
（2）膜状水分子力、约束在土粒表面、可沿表面挪动但不可以离开土粒表面、液态水膜膜状水达到最大时的土壤含水率称为最大分子持水率。
2．毛管水对于单个土粒 ,只好依赖分子力吸附水分 , 但对于由很多土粒会合而成的土壤 ,其连续不停的孔隙相当于毛细管 ,所以还存在一种毛管力 ,依赖毛管力保持在土壤中的水分称为毛管水。
按水份供应状况不一样，分悬着毛管水和上涨毛管水。
（1）悬着毛管水浇灌或降雨后，在毛管力作用下保持在上部土层中的水分。
土壤储藏水的主要形式。
悬着毛管水达到最大时的土壤含水率称为田间持水率。
（2）上涨毛管水在地下水位以上周边土层中，因为毛细管作用所保持的水分。
上涨毛管水达到根系，则可被作物汲取利用，但地下水位不一样意上涨到根系，以防渍害。
盐碱地域应严格控制地下水位，发防发生次生盐碱化。
3．重力水土壤中超出田间持水率的那部分水为重力水。
重力水以深层渗漏的形式进入更下的土层，或地下水。
旱地应防止深层渗漏，以防备水的浪费和肥料的流失。
水田保持适合的深层渗漏是有利的，会增添根部氧分，有利于根系发育。
（二）土壤水分的有效性土壤对水分的吸力：1000MPa —作物根系对水分的吸力： 1.5 MPa 左右(1 MPa=9.87 大气压 =100m 水柱 )假如水分受土壤的吸力小于 1.5 MPa, 作物可汲取利用 ;如水分受土壤的吸力大于 1.5 MPa, 则作物不可以汲取利用。
1.5 MPa 是有效水和无效水的分界点。
土壤水分的有效性能够用下列图来说明：（图：土壤水分有效性图）二、农田水分状况(一 )旱田适合的农田水分状况不一样意地表积水土壤适合含水率: 凋萎系数 ~田间持水率凋萎系数 =0.6 β田地下水水质较好,则地下水位可较高, 但一下水位不可以达到根系层。
第一章农田水分状况
轻壤土 1~2 4~9 22~28 28~40 2~3 6~12 30~36 40~52
中壤土 2~3 6~10 22~28 30~38 3~5 8~15 30~35 44~54
重壤土 2~3 6~13 22~28 28~38 3~4 9~18 32~42 40~50
轻粘土 — 15．0 28~32 32~40 — 20.0 40~45 45~54
（1）几个常用的概念
❖ 土壤容重：单位体积自然状态下土壤(包括 土壤空隙的体积)的干重。 r=Ws/V
❖ 土壤孔隙率：土壤颗粒之间的孔隙体积占土 壤总体积的比率。
ρ=（Va+Vw)/V*100%
❖ 土壤含水率：
θ’=Ww/Ws*100% （重量含水率）
θ =Vw/V=θ’*r （体积含水率）
土壤三相体示意图
9.2
10.2
20.0
12.6
7.4
23.8
17.4
6.4
二、旱作地区适宜的农田水分状况
不允许地表积水； 土壤适宜含水率为凋萎系数到田间持水率之间；
Wp=0.6 θfc
地下水位应维持在根系吸水层以下一定距离处， 以免发生渍害或盐碱化。
三、水稻地区适宜的农田水分状况
水稻是喜水作物,除适时晒田外,田面要经常维持 一定的水层浓度或湿润度。但水层不能过深, 否则 会使根系缺氧，使根部发生无氧呼吸，有毒物质增 加，影响根系生长发育，甚至烂根。
当薄膜水达到最大时土壤的含水率叫土壤最大分子持水15个大气压6个大气压0103个大气压31个大气压2土壤水分常数不同质地土壤的几种水分常数质地名称吸湿系数凋萎系数田间持水量水量吸湿系数凋萎系数田间持水量水量紧沙土沙壤土轻壤土中壤土重壤土轻粘土中粘土重粘土61061315012171622223022282228222828322535303530402840303828383240354038426128159182001724263232423036303532424045354540504552405244544050455448534855土壤水分有效性是指土壤水分是否能被作物利用及其被利用的难易程度
农田灌溉原理
第一节 农田土壤水分状况
二、作物生长对农田水分状况要求
凋萎系数不仅决定于土壤性质，它还与土壤溶液浓度、作物 种类和生育期有关。 使土壤溶液浓度不超过作物在各个生育期所容许的最高值是 确定根系吸水层土壤最低含水率的一个重要指标。 以盐渍土为例，根系吸水层内土壤含水率应不小于：
min
s 100 % c
灌溉工程
第一章
农田灌溉原理
第一节 农田土壤水分状况 （2） 水利与建筑工程学院 农业水利工程系 2006年5月
第一节 农田土壤水分状况
学习提纲
一、农田土壤水分存在的基本形式
二、作物生长对农田土壤水分状况的要求 三、农田土壤水分运动 四、土壤—植物—大气连续体水分运移 五、农田土壤水调控
第一节 农田土壤水分状况 三、农田土壤水分运动
1） θ s 饱和含水率
θs 饱和含水率 多余水 重力水 θfc田间持水率 水有 分效 易效水分 毛管水 毛管断裂含水率 PWP永久凋萎点 无效水分
2） θ fc田间持水率 3） 毛管断裂含水率 4） PWP永久凋萎点
薄膜水 吸着水
一、农田土壤水分存在的基本形式
第一节 农田土壤水分状况
一、农田土壤水分存在的基本形式
烘干测定法
仪器设备：
土钻、铝盒（已知重量和编号）、烘箱、 剖面刀和电子天平（或分析天平）
操作步骤：
仪器准备 取土 称重 烘干 称重 计算
CPN503DR中子仪
4301/4302中子 仪（美国产）
Байду номын сангаас
2500S电子张力计
（法国）
管式TDR土壤水分测定仪
TDR测定仪
Diviner 2000
一、农田土壤水分存在的基本形式 3．土壤水分常数及存在形式
农田水利复习题
绪论◇名词解释①农田土壤水分状况②地区水情③涝灾④渍灾⑤旱灾⑥洪灾◇问答题①农田水利学的性质和研究任务是什么？②我国的农田水利建设有何特点？③今后世界灌溉发展的趋势是什么？第一章农田水分状况和土壤水分运动◇名词解释①凋萎系数②田间持水率③吸湿水④薄膜水⑤吸湿系数◇选择题①土壤水分中与作物关系最密切的是（）A、膜状水B、毛管水C、重力水D、吸湿水②作物因缺水而产生凋萎，当作物产生永久性凋萎时的土壤含水率称（）A、吸湿系数B、田间持水率C、最大分子持水率D、凋萎系数③吸湿水最大时的土壤含水率称之为（）A、吸湿系数B、田间持水率C、毛管持水率D、凋萎系数④悬着毛管水达到最大时的土壤含水率称之为（）A、最大分子持水率B、毛管持水量C、田间持水率D、饱和含水率⑤由于降雨过大或降雨连绵造成地下水位抬高、土壤含水量过大，形成的灾害称（）A、洪灾B、涝灾C、渍灾D、洪涝灾害◇问答题①什么是旱作地区的适宜农田水分状况？②什么是水稻地区的适宜农田水分状况？③为什么要调节农田水分状况？第二章作物需水量和灌溉用水量◇名词解释①植株蒸腾②株间蒸发③深层渗漏④作物需水量⑤田间耗水量⑥作物需水临界期⑦灌水定额⑧灌溉定额⑨灌溉用水量⑩灌溉设计保证率○11灌水率○12灌水率图◇问答题①什么是农作物灌溉制度？其主要内容是什么？如何制定农作物灌溉制度？制定农作物灌溉制度有何意义？②什么是灌溉设计保证率？常用的灌溉设计标准有哪些？③什么是设计典型年？如何确定设计典型年？◇计算题①用“水面蒸发为参数的需水系数法”求水稻耗水量。
已知：（1）根据某地气象站观测资料，设计年4月至8月80cm口径蒸发皿的观测资料见表1；（2）水稻各生育阶段的需水系数α值及日渗漏量见表2。
要求：根据上述资料，推求该地水稻各生育阶段及全生育期的耗水量。
②用列表法推求南方某灌区晚稻灌溉制度。
已知：（1）晚稻各生育阶段水面蒸发量和需水系数见表1（稻田渗漏量为3.01mm/d）；表1 1963年晚稻逐日耗水量计算表（2）晚稻生育期降雨量见表2；表2 1963年7月～10月逐日降雨量表（mm）（3）晚稻各生育阶段设计水层见表3。
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
防洪——整治排洪河道，兴修水库，加固堤防 等。 防涝——开挖排水河道，修建排涝闸、站等。 防渍——开挖田间排水沟，防止过量灌溉等。
6
二、农田水分状况
包气带
饱水带
21
1．吸着水
① 吸湿水：不能移动的分子状态水。 吸湿系数：吸湿水达到最大时的土壤含水率。
② 膜状水：可作微小移动的液态水膜 最大分子持水率：膜状水达到最大时的土壤含水 率。 凋萎系数：作物开始发生永久凋萎时的土壤含水 率。
22
2．毛管水
① 悬着毛管水：灌溉或降雨后，在毛管力作用下 保持在上部土层中的水分。 田间持水率：悬着毛管水达到最大时的土壤 含水率。 土壤有效持水量：土壤中能被作物吸收利用 的水量，即田间持水量与凋萎系数之间的土 壤含水量。
2. SPAC是一个物质和能量的连续系统。 3. 影响植物吸水的因素：大气状况、土壤含水率及
其导水能力、作物输水能力及根系的吸水能力等 4. 凋萎系数并不是一个固定不变的土壤特性常数
19
结束
20
农田水分
气态水、吸着水 气态水、吸着水、薄膜水 毛细带表面
毛细水为主
地下水面（潜水面） 潜水——重力水
lgi
1
0.8
y = -0.351x +
0.8668
0.6
0.4
0.2
0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 lgt
设：y kx b
k 0.351
lg i1 b 0.8668
17
考斯加可夫经验公式应用——例
积水或径流
18
五、SPAC系统的概念
1. 定义：在水势梯度作用下，土壤水分被作物吸收、 传输，并转化成水汽从叶面扩散进入大气的连续 过程，这样一个过程形成了一个统一的,动态的 系统,即土壤-作物-大气连续体（Soil-PlantAtmosphere Continuum)。
之间； • 地下水位应维持在根系吸水层以下一定距
离处，以免发生渍害或盐碱化。
4
二、农田水分状况
（二）水稻地区适宜的农田水分状况 • 传统采用淹灌法. 缺水地区应推广控制灌溉等节水
灌溉技术。 • 除晒田期，地面维持适宜的水层深度或湿润度； • 地下水位不宜过高, 应保证一定的深层渗漏.
5
二、农田水分状况
5. 中子水分仪法
10
四、土壤水分运动方程
K ——水力传导度，当土壤饱和时称为渗透系数，
表征土壤对水分流动的传导能力，在数量上等
于单位水力梯度下，单位时间内通过单位土壤 断面的水流量。
D ——称为扩散度，表示单位含水率梯度下通过
单位面积的土壤水流量。
土水势：由重力势、压力势、基质势、溶质势和温度
（三）农田水分状况的调节 2．农田水分过少的原因及调节措施 • 原因：降雨少，土壤持水能力差等。 • 措施：
灌溉——主要措施； 疏松土层——减少土壤蒸发； 地表覆盖——阻止土壤蒸发； 化学抗旱——减少叶面蒸腾。
7
三、土壤含水率的测定和表示方法
（一）土壤含水率的表示方法 1. 以水重占干土重的百分数表示（即重量含水率）
重
湿土重量 烘干土重量 烘干土重量
100 %
2. 以水体占土壤体积的百分数表示（即体积含水率）
体
土壤水分体积 土壤体积
100 %
重
土壤干容重 水的容重
100 %
8
三、土壤含水率的测定和表示方法
（一）土壤含水率的表示方法
3. 以水体占土壤孔隙体积的百分数表示
孔
土壤水分体积 孔隙体积
100 %
重 土壤干容重
1
7.4
2 5.81
3 5.04
4 4.56
5
4.2
10 3.3
15 2.87
20 2.59
30 2.25
50 1.88
100 1.48
200 1.16
lgt lgi 0.0 0.87 0.3 0.76 0.48 0.70 0.60 0.66 0.70 0.62 1.00 0.52 1.18 0.46 1.30 0.41 1.48 0.35 1.70 0.27 2.00 0.17 2.30 0.06
13
入渗条件下的土壤水分运动
i f ——稳定入渗率，相当于渗透系数
s ——吸水率，与土壤含水率有关, 系。
5、土壤水分入渗规律（图）：
入渗初期：
iSBiblioteka 1t221
1
I St 2 S It 2
当 t ， i i f
14
入渗条件下的土壤水分运动
6、考斯加可夫经验公式
i i1t
t
I idt
0.0001 重力水
饱和含水率 过剩水 土
0.05 悬着毛管水
田间持水率
壤
有效水 有
0.625
膜状水 1.5
吸湿水 3.1 1000
最大分子持水率
效
难有效水 凋萎系数
持
无效水 水
吸湿系数 含水率为0 无效水
率
3
二、农田水分状况
（一）旱作地区适宜的农田水分状况 • 不允许地表积水； • 土壤适宜含水率为凋萎系数到田间持水率
第一章 农田灌溉原理
第一节 农田土壤水分状况
1
第一节 农田土壤水分状况
农田水分：指农田中的地表水、土 壤水和地下水（图）。 •地表水：地表积水。 •土壤水：存在于包气带中的水分。 •地下水：饱水带中的重力水。
2
一、土壤水分形态及其有效性
土壤对水分 含水率及土 水分形态 的吸力(MPa) 壤水分常数 有效性
i1
t1
0 1
0.3 ~ 0.8 ——经验指数
i1 ——第一个单位时间末的入渗速度
15
入渗速度i i1 it
导出思想
lgi
lgi1
θ
lgi t
1t
时间T lg1
lgt
lgT
tg lg i1 lg it
lg t lg1
it i1t
16
入渗试验——例
t(min) i(mm/min)
势组成。
达西定律：
vz
K
z
11
入渗条件下的土壤水分运动
1、公式的推导
vz
dz
vz
vz z
dz
dx
12
入渗条件下的土壤水分运动
2、方程
z
D
z
K
z
t
3、初始条件、边界条件
4、菲利普求得：
入渗速度： i
S 2
1
t2
i（f 单位：mm/h）
入渗总量：
1
I St 2 i f t
（单位：mm）
水的容重 土壤孔隙率
100 %
4. 以土壤实际含水量占田间持水量的百分数表示
相
重
田间持水率
100 %
9
三、土壤含水率的测定和表示方法
（二）土壤含水量的测定方法
1．感观法 2. 烘干称重法 土壤含水率=（盒（ +湿盒土+干 重土 ）重 -（）盒-盒 +干重土重）100 00 3．张力计（负压计）法 4. 时域反射仪法 （TDR法）